- 用向量方法解决线线、线面、面面的夹角问题
- 共2973题
如图所示,四棱锥P-ABCD的底面为直角梯形,∠ADC=∠DCB=90°,AD=1,BC=3,PC=CD=2,PC⊥底面ABCD,E为AB的中点,
(1)求证:平面PDE⊥平面PAC;
(2)求直线PC与平面PDE所成角的正弦值;
(3)求点B到平面PDE的距离.
正确答案
解:如图,
(1)设AC与DE交于点G,延长DE交CB的延长线于点F,
则易得△DAE≌△FBE,
∴BF=AD=1,∴CF=4,
∴,
又∵,
∴∠BFE=∠ACD,
又∵∠ACD+∠ACF=90°,
∴∠BFE+∠ACF=90°,
∴∠CGF=90°,∴AC⊥DE,
又∵PC⊥底面ABCD,
∴PC⊥DE,
∴DE⊥平面PAC,
∵DE平面PDE,
∴平面PDE⊥平面PAC。
(2)连接PG,过点C作CH⊥PG于H点,
则由(1)知平面PDE⊥平面PAC,且PG是交线,
根据面面垂直的性质,得CH⊥平面PDE,
从而∠CPH,即∠CPG为直线PC与平面PDE所成的角,
在Rt△DCA中,,
在Rt△PCG中,,
所以,即直线PC与平面PDE所成的角的正弦值为
。
(3)由,可知点B到平面PDE的距离等于
点C到平面PDE的距离的,即
CH,
在Rt△PCG中,,
从而点B到平面PDE的距离等于。
某厂根据市场需求开发折叠式小凳(如图所示)。凳面为三角形的尼龙布,凳脚为三根细钢管。考虑到钢管的受力和人的舒适度等因素,设计小凳应满足:①凳子高度为30cm,②三根细钢管相交处的节点O与凳面三角形ABC重心的连线垂直于凳面和地面。
(1)若凳面是边长为20cm的正三角形,三只凳脚与地面所成的角均为45°,确定节点O分细钢管上下两段的比值(精确到0.01);
(2)若凳面是顶角为120°的等腰三角形,腰长为24cm,节点O分细钢管上下两段之比为2:3,确定三根细钢管的长度(精确到0.1cm)。
正确答案
解:(1)设△的重心为H,连结
由题意可得,
设细钢管上下两段之比为
已知凳子高度为
则
∵节点O与凳面三角形重心的连线与地面垂直,且凳面与地面平行
∴就是OB与平面
所成的角,亦即
,
∵
∴
解得,
即节点分细钢管上下两段的比值约为0.63;
(2)设
∴
设△的重心为H,则
由节点O分细钢管上下两段之比为2:3,可知
设过点的细钢管分别为
,
则
∴对应于A、B、C三点的三根细钢管长度分别为60.8cm,36.1cm和60.8cm。
如图,直三棱柱ABC-A1B1C1中,底面是等腰直角三角形,∠ACB=90°,侧棱AA1=2,D、E分别是CC1与A1B的中点,点E在平面ABD上的射影是△ABD的垂心G,
(Ⅰ)求A1B与平面ABD所成角的大小(结果用反三角函数值表示);
(Ⅱ)求点A1到平面AED的距离。
正确答案
解:(Ⅰ)连结BG,则BG是BE在ABD的射影,
即∠EBG是A1B与平面ABD所成的角,
设F为AB的中点,连结EF、FC,
∵D,E分别是CC1与A1B的中点,
又DC⊥平面ABC,
∴CDEF为矩形,连接DE,G是△ADB的重心,
∴GE=DF,
在直角三角形EFD中,,
∵EF=1,∴,
于是,
∵,
∴,
∴,
∴A1B与平面ABD所成角是。
(Ⅱ)连结A1D,有,
,
又EF∩AB=F,
∴,
设A1到平面AED的距离为h,则,
又
,
∴,
即A1到平面AED的距离。
如图所示,在正方体ABCD-A1B1C1D1中,E是棱DD1的中点,
(Ⅰ)求直线BE和平面ABB1A1所成的角的正弦值;
(Ⅱ)在棱C1D1上是否存在一点F,使B1F∥平面A1BE?证明你的结论.
正确答案
解:设正方体的棱长为1,如图所示,
以为单位正交基底建立空间直角坐标系,
(Ⅰ)依题意,得,
所以,
在正方形ABCD-A1B1C1D1中,因为AD⊥平面ABB1A1,
所以是平面ABB1A1的一个法向量,
设直线BE和平面ABB1A1所成的角为θ,
则,
即直线BE和平面ABB1A1所成的角的正弦值为。
(Ⅱ)依题意,得A1(0,0,1),,
设n=(x,y,z)是平面A1BE的一个法向量,
则由,
,得
,
所以,
取z=2,得n=(2,1,2);
设F是棱C1D1上的点,则F(t,1,1)(0≤t≤1),
又B1(1,0,1),所以,
而B1F平面A1BE,
于是=0
F为C1D1的中点.
这说明在棱C1D1上存在点F(C1D1的中点),使B1F∥平面A1BE。
已知ABCD-A1B1C1D1是底面边长为1的正四棱柱,O1是A1C1和B1D1的交点。
(1)设AB1与底面A1B1C1D1所成的角的大小为α,二面角A-B1D1-A1的大小为β。求证:tanβ=tanα;
(2)若点C到平面AB1D1的距离为,求正四棱柱ABCD-A1B1C1D1的高。
正确答案
解:设正四棱柱的高为h
(1)连,
底面
于
∴与底面
所成的角为
,即
∵,O1为
中点
∴
又
∴是二面角
的平面角,即
∴,
;
(2)建立如图空间直角坐标系,有
设平面的一个法向量为
∴,取
得
∴点C到平面的距离为
,则
。
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